GALVANİZLİ ÇELİKLERİN MİKROYAPISI

Transkript

1 GALVANİZLİ ÇELİKLERİN MİKROYAPISI Handan BAYCIK, Fatmagül KOLTUK, Füsun MÖFTÜOĞLU* GİRİŞ Anahtar sözcükler: Galvanizeme, çinko kaptamatavt, mssoyap * evrenin etkisi ile metallerin kimyasal ve/veya elektrokimyasai reaksiyonlar sonucunda hasar görmelerine korozyon denir. Kimyasal korozyonda metalin bulunduğu ortam kurudur. Metal komzyonunu engesemek için kubanılan değişik Oluşan gaz metalde oksit tabakasına (tufal) neden olur ve bu tabaka yöntemlerim biri yûzeykaplamadır. Yüzey kaplama için elektriği iletmez. Elektrokimyasai korozyonda ise ortam ıslakür ve pas çeşitrıy&ntemler kullanılır. Metafflc kaplama yöntemleri içinde yer alan çinko kaplama, galvanizme olarak oluşumuna neden olur. Elektrokimyasai korozyon için anot ve katottan adlandırılır. Galvanizeme genellikte, sıcak dawrrma, oluşan iki elektrot, iletken ve sıvı bir ortam ve anot ile katot arasında elektroliz veyametalpüskürtme yöntemleriseyapi&r. elektrik akımının oluşması gerekir. Burada oluşan hücreye korozyon BİSndiğİgibi, gatvanmmateemeierfoşaat konstrükslyon, otomotiv ve beyaz eşya sanayiinde kußanilmaktaäir. hücresi (galvanik hücre) adı verilir. Bundan dolayı, galvanizleme konusundakige^smelerin Korozyonun önlenmesi için korozyon hücresini oluşturan tom toplumu etkileyeceği açıktır. Bu makalede, sıcak elemanlardan en az birinin devreden çıkarılması gerekir. Bundan dolayı, dakiırmayb^temlmgafvanıztemeve çinkokaplama few {gab/annealing} yaparak elde edilen malzemelerin malzeme seçimi, kaplama yöntemi, tasarım, katodik ve anodik koruma msaoyapıimksx^m0; GabanWemedè, kaplamayapıst ve çevre kontrolü gibi faktörler önem kazanmaktadır. genellikle çefflf, r,â,jve^ fazîanndan oluşur. Çinko Bu makalede, metalik kaplama yöntemlerinden sıcak daldırma ile kaplama tavında yapı çelik, ffazı, Pfazı ve yüzeyde ksçükblrmiktarçfazı Bebüyükmiktardaâ fezı içerir. galvanizleme ve çinko kaplama tavı (galvannealing) yapılarak elde edilen malzemelerin mikroyapıları incelenmiştir. ÇİNKO KAPLAMA Çinko, elektrokimyasai gerilim serisinde asallıktan oldukça uzak bir Surface coating Isomofthevariomrmthods used far preventing of meta! corrosion. Different methods am elementtir [1,2]. Ayrıca, çeliğe göre daha anodik yani korozyona available for surface coating. Zinc coating which takes uğrayan taraftır [3,4]. Nem veya suyun etkisi ile çinkonun yüzeyinde part in the metallic coatings methods, Is named koruyucu bir tabaka oluşarak korozyon hızını azaltır [2]. Bu özellikten galvanizing. Galvanizing is usually applied with hot dip, efektrodeoosfflon ormetalsprayingmemods. yararlanmak için çinko ile kaplama yapılır. Şekil l'de, kaplama çizildiği 4s it fe known, galvanized steefs are used for buffdhg, zaman çinkonun çelikle etkileştiği ve anodik olmaya devam ettiği constnicson, automoffveindustryand electrical goods görülmektedir [3]. (refrigerator, oven ete,). Therefore, it Is clear mat, developments about galvanizing affect alt society, m misamcle, microstntctures of the materials galvanized with hot dip method and gab/annealed have been examined, in galvanizing, the ccaßng structure gemraby made up of steel, r,à t and&phasbs. Ingalvarmeafyıg, the stnioture comprises steel, phase, rphase and in thesutface small amountof Xphase andiarge amount ofâphase. Keywords ;Gatvanizing, gatvanmasng, ffiferostructure Yrd. Doç. Dr. Z.K.O. Mühendislik Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümü, İmalat ve Konstrüksiyon. ABD. Mühendis ve Makina - Cilt: 44 Sayı: 525 Şekil 1. Çinko Kaplanmış Bir Çeliğin Kaplama Çizildiğinde Davranışı [3]. 27

2 Sıcak Daldırma Yöntemi İte Galvanizeme Sıcak daldırmah galvanîzleme, hazırlanmış çelik ve dökme demirin çinko eriyiğine daldırılarak üzerine çinko ve/veya çinko-demir alaşımlarından bir kaplamanın oluşumudur [5]. şekilde gerçekleştirilir. İstenilen kaplama özelliklerini elde etmek için ısıtma hızı, tutma sıcaklığı ve süresi, soğutma hızı gibi faktörler önem kazanır. Bunun yanında, çinko banyosu ve çelik sacın kimyasal bileşimi de iç yapıyı ve özellikleri değiştirir. Şekil 2. Çinko Kaplama Yapısının Fe-Zn Denge Diyagramı Yardımı ile Şematik Açıklanması[2]. Tablo 1. Fe-Zn Denge Diyagramındaki Fazların Özellikleri [6]. Faz cc-fe (alfa) T (gama) 8 (delta) (zeta) n(eta) Kristal vapı HMK HMK Hegzagonal Monoklinik Hegzagonal Formül Fe(Zn) Fe 3 Zn I0 FeZnıo FeZnu Zn(Fe) Şekil 2'de Fe-Zn denge diyagramı ve oluşan fazlar görülmektedir [2]. Fe-Zn alaşım sisteminde oluşan fazların formülleri ve kristal yapıları Tablo l'de görülmektedir [6]. Çinko Kspiama Tavı (Sàalwannaafing) Çinko kaplama tavı, sıcak daldırma ile çinko kaplanan çeliğin hemen, kısa bir süre ile yaklaşık 500"C sıcaklıkta ısıtılması ile yapılır [7]. Burada amaç, çinko kaplanmış çelik sacların, yapışabilirlik ve kaynaklanabilirlik özelliğini geliştirmektir.tavlama işlemi, sıvı çinko potasının üstündeki ısıtma ve soğutma ünitelerinde sürekli bir 28 GALVANİZLİ SÄCLÄRSN MİKROYAPSS! Galvanizli sac kesilirken çelik ile çinko kaplama ara yüzeyindeki kenarların katmanlara ayrılmasından sakınmak gerekir [8]. 600 no.lu zımpara ile ıslak zımparalama yapılabilir. Parlatma yapılırken kaplamayı lekelendireceği için su kullanılmamalıdır. Kaba parlatmada genellikle.az tüylü ipek çuha üzerinde 3^'luk elmas parlatıcı kullanılır. Son parlatmada ise az tüylü yumuşak ipek çuha üzerinde 0.05,«alümina önerilir. Sonra numune, amil alkol ile silinerek temizlenmelidir. Dağlamada, amaca bağlı olarak amil nital (10 mi amil Mühendis ve Makina - Cilt: 44 Sayı: 325

3 alkole 1 damla nitrik asit) kullanarak 30 saniye daldırma veya 10 mi asetona birkaç damla nitrik asit kullanarak saniye daldırma önerilir [8]. Şekil 3,4,5 ve 6'da değişik parametrelerle galvanizlenmiş çeliklerin mikroyapıtan görülmektedir [9]. Burada, dağlayıa olarak önce %4 nital, sonra 200g Cr0 3, 15g NajSO,, 11 su içeren solüsyon kullanılmıştır. Şekil 3'de, yukarıdan aşağıya doğru Zn,, <5, T fazları ve çelik tabakası görülmektedir. Şekilde, çinko tabakasındaki küçük kurşun parçacıklarının dağılımı dikkat çekmektedir. Kullanılan çinkoda maksimum %1.6 kurşun bulunmaktadır. Kurşun, pullanma sınırlarını geliştirir, küçük bir miktar kalay ilavesi pullanmayı arünr [9]. Sekil 5. Galvanizleme Öncesi Asitle Aşırı Temizlenmiş Çeliğin Mikroyapısı (X500) [9]. Şekil 3. Sıcak Daldırma ile Galvanizlenmiş Çeliğin Mikroyapm (x250) [9]. Şekil 4'de, galvanizli çeliğin üst kısmında mat gri renkte aşırı bir alaşım tabakası görülmektedir. Bu tabaka, çinko banyosunda aşın yüksek sıcaklık veya çok uzun tutma süresi ile oluşur [9]. Galvanizleme öncesi çelik aside aşırı temizlenir ise hidrojen absorbsiyonu oluşur. Absorbe edilen hidrojen, eğer çinko banyo sıcaklığında banyoyu tamamen terketmezse gaz boşlukları ve kabarcıklardan dolayı kaplamaya engel olabilir. Şekil 5'de, gaz boşluklarından dolayı oluşan geniş siyah noktalar görülmektedir. Bu olay, aynı zamanda alaşım tabakalarında da engel oluşturabilir [9]. Şekil 6'da sürekli galvaniz hatanda galvanizlenmiş bir çeliğin mikroyapısı görülmektedir. Üstten itibaren çinko, Fe-Zn alaşımı (ince, koyu) ve çelik tabakaları gözlenmektedir. Çinko banyosuna %0.2 Al ilavesi sünek ve daha ince bir kaplama oluşturur [9]. Şekil 6. Sürekli Galvaniz Hattında Galvanizlenmiş Bir Çeliğin Mikroyapısı (X500) [9]. Şekil 4. Sıcak Daldırma ile Galvanizlenmiş Çelikte Aşırı Alaşım Tabakasının Oluşumu (X500) [9]. Mühendis ve Makina - Cilt: 44 Sayı: 525 Çinko kaplama tavı yapılan çeliklerde ise tip 0, tip 1, tip 2 olarak adlandırılan üç değişik iç yapı görülür 29

4 (Şekil 7) [6]. Bunlardan birincisi, genellikle Ç fazı içeren az alaşımlanmış kaplama; ikincisi, l^m'den daha az T alt tabakası ve yüzeyde küçük bir miktar Ç fazının yer aldığı büyük ölçüde ô fazı içeren optimum alaşımlanmış kaplamadır. Üçüncüsü ise, 1/im'den fazla T alt tabakası ve en üstte Ç fazıyla birlikte kaplama/çelik ara yüzeyine dik ô fazını içeren aşırı alaşımlanmış kaplamadır. Bir araştırmada, 560 C'de saf çinko banyosunda sıcak daldırma ile galvanizleme yapılmış ve bu kaplamaya üç noktadan eğme testi uygulanmıştır [10]. İşlem sırasında çekme arak gerilmelerinin bir sonucu olarak <5 fazında mikroçatlaklar oluştuğu ifade edilmiştir. Aynı zamanda, kaplama yüzeyine kadar çıkan çatlak yoğunluğunun, yalnızca çinkoca zengin dış tabaka kalınlığına bağh olduğu iddia edilmiştir. Şekil 7. Çinko Kaplama Tavı Yapılan Çeliğin Mthvyapısı (Yukarıdan Aşağı:Tıp 0, Tîpl, Tıp2 [61. SONUÇLAR Sıcak daldırma ile kaplamada, kaplama yapısı genellikle alttan itibaren çelik, Fe-Zn fazlan ve çinkodan oluşur. Galvanizli sacların özelliklerini, çeliğin kimyasal bileşimi ve galvanizleme işlemi etkiler. 30 Başka bir çalışmada ise, Fe/Zn, Fe/Zn - %0.1A1 ve Fe/Zn - %0.2A1 çiftleri kullanılmıştır [11]. Galvanizleme, malzeme 400 C sıcaklıkta, 10 dakikadan 50 dakikaya kadar değişik sürelerde tutularak yapılmıştır. Çinkoya alüminyum ilavesi ile başlangıçta, engelleyici metallerarası bileşik oluştuğu belirtilmiştir. Tutma süresi 30 dakikadan Mühendis ve Makina - Ciiî: 44 Sayı: 525

5 az olduğunda, üçlü çiftlerde, faz büyümesini engelleyici bir alt, bölgesel faz oluşumu görüldüğü ifade edilmiştir. Bununla birlikte, tutma süresi 40 dakikadan daha fazla olduğunda, bu fazın çözündüğü belirtilmiştir. Aynı zamanda, ikili çiftlerde büyüyen metallerarası fazın, kısa, zamanda Ç fazı tarafından başarıldığı, ama 30 dakikadan daha uzun sürede ô fazının baskın olduğu belirtilmiştir. Dolayısıyla, üçlü çiftlerde ve ô artma oranının tutma süresine bağlı olduğu ifade edilmiştir. Bir araştırmada da, alevin galvanizlenmiş dikenli tellere etkisi incelenmiştir [12]. Galvanizlenmiş yüzeylerde renk değişimi veya lekelenmeler görülmüş ve bunun bir kaplama hatası olmadığı ifade edilmiştir. Normal çevre koşullarında, saf çinko tabakasının korozyona uğradığı, bundan dolayı, var olan demirçinko alaşım tabakalarının açığa çıkağı belirtilmiştir. Çalışmada, demir içeren bu tabakaların lekelenebileceği, bunun yanlışlıkla kaplama hatası olarak yorumlanabileceği ifade edilmiştir. Ayrıca, kırmızı pasın kaplama hatasını ve alttaki çeliğin korozyonunu gösterdiği iddia edilmiştir. Renk değişiminin de, kaplama içindeki demir-çinko metallerarası tabakalarda oluştuğu belirtilmiştir. Literatürde, biçimlendirme sırasında kaplamada ortaya çıkan çatlama derecesinin, T fazının varlığına, Ç/<5 fazı oranına veya bu fazlar içindeki Fe dağılımına bağlı olduğu ileri sürülmüştür [7]. Fe-Zn fazları arasında Ç fazının en sünek, ô ve T fazlarının ise en gevrek faz olduğu iddia edilmiştir. Kaplama, galvanizli sacların biçimlendirilme özelliklerini de önemli ölçüde etkilediğinden dolayı kaplamanın sünek olması gereklidir. Ancak, fazının artan sürtünme gerilmeleri ile pullanmayı (kaplama kalınlığına yakın boyutta partiküller oluşacak şekilde kaplama/çelik ara yüzeyinin ayrılması) artırabileceği ifade edilmiştir [7]. Bundan dolayı, bir kaplamada yüzeyde bir miktar Ç fazı ve ince bir (< 1 fim) T fazı ile ana bileşen olarak ô fazının bulunmasının hem pullanma, hem de tozlaşma (kaplama kalınlığından daha küçük boyutta partiküller oluşacak şekilde kaplama içindeki kırılma) dayanımını artıracağı ileri sürülmüştür. Sonuç olarak, kaplamada en uygun yüzeyi sağlamak için mikroyapıyı oluşturan Fe-Zn fazları ile birlikte kaplama kalınlığı da önemli bir faktördür. KAYNAKÇA 1. Smith, W.F., Principles of Materials Science and Engineering, Zedition, McGraw-Hill International Editions, Singapore, Bargel,.H-J., Schulze, G., Çev. Güleç, Ş., Aran, A-, Malzeme Bilgisi, Cilt II, İ.T.Ü. Makina Fakültesi, I.T.Ü. Ofset Atölyesi,, İstanbul, Askeland, D.R., Çev. Erdoğan, M., Malzeme Bİlİmi ve Mühendislik Malzemeleri, Cüt II, Nobel Yayın Dağıtım, Yayın no. 128, Ankara. 4. Güleç, Ş., Malzeme Ders Notlan, İ.T.Ü. Makİna Fakültesi, Sayı 35, İstanbul, TS 914 EN ISO 1461, Demir ve Çelikten Yapılmış Malzemeler Üzerine Sıcak Daldırılmış Galvaniz Kaplamalar-Özelükler ve Deney Metodan, TSE, Marder, A.R., The Metallurgy of Zİnc-Coated Steel, Progress in Materials scince, 45(3), June 2000, pp Elkoca, O., "Tavlı Çinko Kaplamalarda Fe-Zn fazlarının Gelişimi ve Bunların Kaplama Özelliklerine Etkisi", L Demir-Çelik Sempozyumu, TMM.QR Mak. Müh.Odası yayını, E/2001/274-1, KDZ. Ereğli, EHm 2001, s Materials Handbook, A.SJVL Metals park, V8, Metallograph, Structures and Phase Diagrams, 8. edition, Ohio, Materials Handbook, A.S.M. Metals park., V7, Atlas of Microstructures of Industrial Alloys, 8. edition, Ohio, Tzimas, E., Papadimitriou, G., "Cracking Mechanisms in High Temperature Hot-Dip Galvanized Coatings", Surface and Coatings Technology, 145(1-3), pp , Syahbuddin, Munroe, P. R., Gleeson, B., The Development of Fe-Zn Intermetallic compounds in Solid Fe/Zn and Fe/ Zn-Al Diffusion Couples During Short-term Annealing at 400 C, Materials Science and Engineering A, 264(Nl-2), pp , Engle, D.M., Weir, J.R., Gay, D.L., Dugan, B.P., Grassland Fire Effects on Barbed Wire, Journal of Range Management, 51(6), pp , Mühendis ve Makina - Cilt: 44 Sayı: